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公開番号2024058488
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2022165895
出願日2022-10-14
発明の名称投影光学系およびヘッドマウントディスプレイ
出願人日精テクノロジー株式会社
代理人個人
主分類G02B 25/00 20060101AFI20240418BHJP(光学)
要約【課題】コンパクトで広画角且つ高解像度、更には、投影画像の画面全域にわたって高画質なレンズ性能を有する投影光学系及びこの投影光学系を用いたヘッドマウントディスプレイを提供すること。
【解決手段】正の屈折力を有する第1レンズ、投影面側が凹面形状を有する第2レンズ、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズ、正の屈折力を有する第4レンズ、負の屈折力を有し画像表示素子側が非球面である第5レンズとからなり、0.1<STP/TTL<0.18、0.47<Fb/f<0.69、及び1.75<f3/f<2.31を満足する。ここで、TTLは投影光学系の全長、STPは開口絞りと第1レンズの投影面との間隔、fは投影光学系全系の焦点距離、f3は第3レンズの焦点距離、Fbは第5レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
画像表示素子からの像を投影面に投影する投影光学系であって、
投影面側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第２レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第５レンズとからなり、投影画角（ＦОＶ）が６０°以上を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする投影光学系。
０．１＜ＳＴＰ/ＴＴＬ＜０．１８（１）
０．４７＜Ｆｂ/ｆ＜０．６９（２）
１．７５＜ｆ３/ｆ＜２．３１（３）
ここで、
ＴＴＬは投影光学系の全長、
ＳＴＰは開口絞りと第１レンズの投影面との間隔、
ｆは投影光学系全系の焦点距離、
ｆ３は第３レンズの焦点距離、
Ｆｂは第５レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔
である。
続きを表示（約 450 文字）【請求項２】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
０．０２９＜ＳＡＧΔＲ６/ｆ＜０．１５（４）
ここで、
ＳＡＧΔＲ６は第３レンズの投影面側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第３レンズの投影面側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
である。
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
０．２４＜ＳＡＧΔＲ１１/ｆ＜０．５３（５）
ここで、
ＳＡＧΔＲ１１は第５レンズの画像表示素子側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第５レンズの画像表示素子側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投影光学系を有するヘッドマウントディスプレイ

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系およびヘッドマウントディスプレイに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＲ（ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙ（拡張現実））用の頭部装着型のウエアラブル端末としてのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が実用化されている。このヘッドマウントディスプレイには、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）などの画像表示素子から発せられる画像を観察者の目の位置に拡大して投影する投影光学系を備えている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０２１－５３６０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなヘッドマウントディスプレイには、コンパクトで広視野角且つ高画質であることが要請され、これらの要求を満たすため、搭載する光学系に対しても、コンパクトで広画角且つ高解像度、更には、投影画像の中心部から周辺部の画面全域にわたって高画質なレンズ性能が要求される。
【０００５】
本発明は、コンパクトで広画角且つ高解像度、更には、投影画像の画面全域にわたって高画質なレンズ性能を有する投影光学系及びこの投影光学系を用いたヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、本発明の投射光学系は、画像表示素子からの像を投影面に投影する投影光学系であって、
投影面側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第２レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第５レンズとからなり、投影画角（ＦОＶ）が６０°以上を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする投影光学系。
０．１＜ＳＴＰ/ＴＴＬ＜０．１８（１）
０．４７＜Ｆｂ/ｆ＜０．６９（２）
１．７５＜ｆ３/ｆ＜２．３１（３）
ここで、
ＴＴＬは投影光学系の全長、
ＳＴＰは開口絞りと第１レンズの投影面との間隔、
ｆは投影光学系全系の焦点距離、
ｆ３は第３レンズの焦点距離、
Ｆｂは第５レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔
である。
【０００７】
また、本発明の投影光学系において、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．０２９＜ＳＡＧΔＲ６/ｆ＜０．１５（４）
ここで、
ＳＡＧΔＲ６は第３レンズの投影面側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第３レンズの投影面側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
である。
【０００８】
また、本発明の投射光学系において、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．２４＜ＳＡＧΔＲ１１/ｆ＜０．５３（５）
ここで、
ＳＡＧΔＲ１１は第５レンズの画像表示素子側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第５レンズの画像表示素子側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
【０００９】
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上記の投影光学系を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンパクトで広画角且つ高解像度、更には、投影画像の画面全域にわたって高画質なレンズ性能を有する投影光学系及びこの投影光学系を用いたヘッドマウントディスプレイを提供すること可能となる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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